GPS芯片解決方案分析
[導(dǎo)讀] 談到GPS芯片主要關(guān)鍵技術(shù)，這包括負(fù)責(zé)訊號處理─基頻（Baseband）及接收訊號─射頻（RF）。由于GPS訊號頻率（1,575.42MHz）來自于距離地面2萬公里的高空，訊號十分不穩(wěn)定，因此當(dāng)天線接收訊號后經(jīng)過一連串訊號放大、
談到GPS芯片主要關(guān)鍵技術(shù)，這包括負(fù)責(zé)訊號處理─基頻（Baseband）及接收訊號─射頻（RF）。由于GPS訊號頻率（1,575.42MHz）來自于距離地面2萬公里的高空，訊號十分不穩(wěn)定，因此當(dāng)天線接收訊號后經(jīng)過一連串訊號放大、過濾雜訊、降頻、取樣等過程（RF front end），再經(jīng)過RF后，訊號進(jìn)入基頻處理部分，將前段取樣的數(shù)碼訊號經(jīng)過運(yùn)算、輸出以便于使用者界面使用，其中 GPS Baseband DSP芯片就是核心元件，負(fù)責(zé)位址訊號的處理。
綜合以上來看，射頻與基頻2個(gè)部分，包含：微處理器（Micro processor）、低雜訊放大器（Low Noise Amplifier；LNA）、數(shù)碼部分（Digital Section）射頻部份（RF Section）、天線（Antenna Element）、輸出入驅(qū)動(dòng)器（GPIO and Drivers），以及微處理器周邊電路（Processor peripherals）等幾個(gè)重要元件。
市場上各式GPS芯片解決方案的整合，使得GPS芯片市場正面臨極大的變量。首先是「小型化」，回顧GPS芯片近年來的發(fā)展歷史，隨著GPS與其它產(chǎn)品相繼結(jié)合，且強(qiáng)調(diào)終端產(chǎn)品體積講求輕薄短小，GPS芯片走向系統(tǒng)單芯片化已是必然趨勢。目前廠商針對GPS單芯片化的作法，可分射頻或基頻單一芯片，并整合了更多功能性。
在射頻芯片部分，已有多家廠商將放大器、濾波器、降頻器、頻率合成器及振蕩器等整合在一塊芯片上；在基頻部分，則是整合了CPU、存儲(chǔ)器（DRAM、SRAM、Flash）、Power Manager及Clock等。
因此，我們看到GPS的芯片尺寸逐漸縮小，加上GPS芯片已從雙模塊發(fā)展為單一模塊（Single chip），未來GPS設(shè)備產(chǎn)品將會(huì)愈來愈蓬勃發(fā)展，芯片需求量愈來愈大。另外，GPS芯片也將面臨到客制化需求，過去GPS芯片大多在車用市場上。目前，GPS芯片應(yīng)用則開始用在手機(jī)與PDA，或是特殊的個(gè)人攜帶裝置，例如：老人、孩童用的追蹤器上。而GPS芯片也可能與其它功能，例如藍(lán)芽、USB等整合。因此，針對特殊應(yīng)用而設(shè)計(jì)的客制化模塊，也將愈來愈多。
目前全球投入GPS芯片開發(fā)的還是以國外廠商居多，如：SiRF、TI、Xemics、Freescale、STM等大廠均有推出GPS芯片，其中SiRF為全球最大GPS芯片廠商，產(chǎn)品線相當(dāng)完整，并能提供全系列的解決方案產(chǎn)品。本文將介紹多款目前GPS市場上較受到應(yīng)用的芯片，并針對其特性及架構(gòu)提供完整的產(chǎn)品分析。
SiRF：starII LP
SiRF starII LP是一款高靈敏度GPS芯片解決方案，強(qiáng)大GPS功能可使用的范圍包括：手持式設(shè)備產(chǎn)品、汽車、航海及AVL應(yīng)用，若搭配上高性能GPS軟件，便能使移動(dòng)性消費(fèi)者設(shè)備能長時(shí)間在任何地點(diǎn)持續(xù)使用。SiRF starII是目前采用全球最省電的芯片產(chǎn)品之一，可同時(shí)接收12顆衛(wèi)星，符合 NMEA 0183（v3.0）協(xié)定。
?。吞枺篠iRF starII LP
?。卸龋?159dBm
．特色：低耗電、高效能、符合NMEA 0183（3.0）
．尺寸：28mm×30mm×5mm
?。珳?zhǔn)度：Position：15～20m
?。ぷ?strong>電壓：3.0V
?。邮疹l道：12顆衛(wèi)星頻道
SiRF：starIII
擁有一個(gè)140支腳位的GPS訊號處理器，也包含一個(gè)50MHz ARM7TDMI處理器，可使 OEM廠商整合多種應(yīng)用功能。而GSC3f因整合了400萬位元的快閃存儲(chǔ)器，不再需其它的零組件，因此能簡化GPS接收器到電路板中的相關(guān)線路設(shè)計(jì)。
另外，SiRFstarIII也提供TTFF快速首次定位功能，并比SiRF減少占用約20％的硬件空間，也較上一代的SiRFstarII省電，除在車上導(dǎo)航、手持式設(shè)備的應(yīng)用外，其它特殊應(yīng)用，如：超小型行動(dòng)電話、電力受限的智能型裝置或數(shù)碼相機(jī)。
?。吞枺篠iRF starIII
．感度：-159dBm
?。厣菏‰?、簡化線路設(shè)計(jì)
?。叽纾?7.9mm×20mm×2.9mm
．精準(zhǔn)度：Position：10～20m
?。ぷ麟妷海?.3V
?。邮疹l道：20顆衛(wèi)星頻道
Sony：CXD2951
CXD2951以Sony先進(jìn)的RFCMOS閉塞信號處理方式設(shè)計(jì)，具有較高的敏感度，最小電力消費(fèi)和高性能。并以微型GPS模塊以腳印14×23×1.8mm，被動(dòng)天線集成GPS模塊，通過QS9000/TS16949等汽車驗(yàn)證新LSI配置是理想的為大范圍基于地點(diǎn)的應(yīng)用，如：汽車、手持式設(shè)備、航海、艦隊(duì)管理，和移動(dòng)式計(jì)算機(jī)處理技術(shù)設(shè)備。
?。吞枺篊XD2951
．感度：-152dBm
?。匦裕浩饎?dòng)反應(yīng)時(shí)間短、省電
?。叽纾?4mm×23mm×1.8mm
?。_度：Position：5～15m
?。ぷ麟妷海?.3V
．接收頻道：12顆衛(wèi)星頻道
Nemerix：NJ1006＋NJ1030
就當(dāng)今的技術(shù)水平來看，最成功的GPS接收器采用兩個(gè)芯片。盡管采用單芯片（單片電路）的產(chǎn)品也存在，但其性能卻無法與目前采用雙芯片的產(chǎn)品媲美。NemeriX充分利用SiGe（矽鍺）技術(shù)優(yōu)勢，并結(jié)合使用適用于雙晶粒解決方案的標(biāo)準(zhǔn)CMOS技術(shù)。在典型應(yīng)用中，接收器和處理器可結(jié)合專用系統(tǒng)軟件使用。
．型號：NJ1006（RF）＋NJ1030（Baseband）
．感度：-152dBm
?。厣旱碗s訊放大器、壓控振蕩器和天線檢測器
?。叽纾篘A
．精確度：Position：10～15m
?。ぷ麟妷海?.2V
．頻道：10顆衛(wèi)星頻道
U-Nav：uN9018
u-Nav推出低成本、高性能GPS接收機(jī)解決方案uN9018，其中包括uN1008 CMOS RF前端和高整合度的uN8130基頻處理器。該產(chǎn)品在持續(xù)GPS導(dǎo)航下功耗低于55mW，適用于低功耗、電池供電的可攜式無線應(yīng)用。
uN9018是一款具有多模GPS軟件的解決方案，其支持自動(dòng)、半自動(dòng)和Single Fix（A-GPS）模式，Single Fix模式下超越了行動(dòng)電話的3GPP2和3GPP標(biāo)準(zhǔn)，可同時(shí)接收GPS和行動(dòng)電話語音及資料訊號，具有一個(gè)片上頻率合成器支持多參考頻率，允許行動(dòng)電話或PDA制造商使用板上振蕩器，以節(jié)約成本和降低尺寸
?。吞枺簎N9018
?。卸龋?156dBm
．特色：接收行動(dòng)電話語音及資料訊號
?。叽纾篘A
?。_度：Position：10～20m
．工作電壓：2.2～5.5V
?。l道：8顆衛(wèi)星頻道
RFMD：RF8900
藍(lán)牙／GPS解決方案RF8900，該設(shè)計(jì)將藍(lán)芽通訊和GPS技術(shù)整合在一個(gè)完整的系統(tǒng)中。據(jù)稱此款產(chǎn)品與同類產(chǎn)品相較減少20％的尺寸，成本降低25％。RF8900是高整合度的系統(tǒng)解決方案，在整合藍(lán)芽無線技術(shù)和GPS導(dǎo)航技術(shù)的同時(shí)還具有極高的訊號靈敏度（-155dBm），其靈敏度較其它產(chǎn)品提高5dBm，因而使RF8900對GPS訊號的追蹤能力達(dá)到-155dBm，位置更新率達(dá)1秒。
這種高靈敏度使終端用戶能夠在任意位置進(jìn)行自身定位，包括各種室內(nèi)外GPS訊號微弱、衰減或受阻的區(qū)域（如樹木、高層建筑及山脈等環(huán)境）。這款獨(dú)特的解決方案還為用戶提供了一個(gè)參考設(shè)計(jì)，包括軟件、濾波、存儲(chǔ)器、參考頻率和天線等，用于一個(gè)完整藍(lán)芽GPS系統(tǒng)的全部配件。
．型號：RF8900
．感度：-155dBm
?。厣赫纤{(lán)芽通訊
?。叽纾?2mm×32mm×8.9mm
?。_度：Position：10～15m
?。ぷ麟妷海?.0V
．頻道：8顆衛(wèi)星頻道
Xemics：XE1202
XE1202發(fā)射接收器芯片，該芯片最大的特色就是「省電」，雖然同時(shí)只能接收8顆衛(wèi)星，但以汽車導(dǎo)航用途來說，全功能收發(fā)芯片在準(zhǔn)度上絕對沒有問題。其系列組為XE1202、XE1202HE1、XE1202LE1。
其功能如下：433／868／915MHZ三段國際ISM頻段覆蓋、高敏度-113dBm、低功耗、可滿足低功耗設(shè)備的要求、低工作電壓2.7V、FSK調(diào)制，最大發(fā)射功率+5dBm、具有更多的頻道，可編程頻率設(shè)置，特別滿足需要多通道工作的特殊場合、高集成度，極少的外圍元器件，基本無須調(diào)試、高速率傳輸速度76.8kbits、由于采用了低發(fā)射功率，高接收靈敏度的設(shè)計(jì)。
?。吞枺篨E1202
?。卸龋?143dBm
?。厣?33／868／915MHZ三段國際ISM頻段
?。叽纾?9mm×48mm×16mm
?。_度：Position：10～15m
?。ぷ麟妷海?.7～3.6V
?。l道：8顆衛(wèi)星頻道
旺玖科技：PL6313
旺玖科技推出GPS PL6313芯片組，提供 PDA、Tablet PC及Smart Phone等需要衛(wèi)星定位及追蹤功能的行動(dòng)運(yùn)算平臺一個(gè)高性能、低耗電及低附加成本的解決方案。
PL6313芯片組主要設(shè)計(jì)訴求為低耗電、小尺寸、并降低系統(tǒng)嵌入GPS功能之增加成本。嵌入運(yùn)算平臺時(shí)，直接利用原本即存在的運(yùn)算器及存儲(chǔ)器來完成GPS導(dǎo)航運(yùn)算，以達(dá)降低成本之功效?？勺饔迷谟跀X取追蹤GPS訊號，并產(chǎn)生初始量測值。
．型號：PL6313
?。卸龋?150dBm
．特色：低價(jià)格、本土廠商技術(shù)支持
?。叽纾?0mm×10mm×0.8mm
?。_度：Position：5～15m
?。ぷ?strong>電壓：3.3V
?。l道：12顆衛(wèi)星頻道
綜合以上來看，射頻與基頻2個(gè)部分，包含：微處理器（Micro processor）、低雜訊放大器（Low Noise Amplifier；LNA）、數(shù)碼部分（Digital Section）射頻部份（RF Section）、天線（Antenna Element）、輸出入驅(qū)動(dòng)器（GPIO and Drivers），以及微處理器周邊電路（Processor peripherals）等幾個(gè)重要元件。
市場上各式GPS芯片解決方案的整合，使得GPS芯片市場正面臨極大的變量。首先是「小型化」，回顧GPS芯片近年來的發(fā)展歷史，隨著GPS與其它產(chǎn)品相繼結(jié)合，且強(qiáng)調(diào)終端產(chǎn)品體積講求輕薄短小，GPS芯片走向系統(tǒng)單芯片化已是必然趨勢。目前廠商針對GPS單芯片化的作法，可分射頻或基頻單一芯片，并整合了更多功能性。
在射頻芯片部分，已有多家廠商將放大器、濾波器、降頻器、頻率合成器及振蕩器等整合在一塊芯片上；在基頻部分，則是整合了CPU、存儲(chǔ)器（DRAM、SRAM、Flash）、Power Manager及Clock等。
因此，我們看到GPS的芯片尺寸逐漸縮小，加上GPS芯片已從雙模塊發(fā)展為單一模塊（Single chip），未來GPS設(shè)備產(chǎn)品將會(huì)愈來愈蓬勃發(fā)展，芯片需求量愈來愈大。另外，GPS芯片也將面臨到客制化需求，過去GPS芯片大多在車用市場上。目前，GPS芯片應(yīng)用則開始用在手機(jī)與PDA，或是特殊的個(gè)人攜帶裝置，例如：老人、孩童用的追蹤器上。而GPS芯片也可能與其它功能，例如藍(lán)芽、USB等整合。因此，針對特殊應(yīng)用而設(shè)計(jì)的客制化模塊，也將愈來愈多。
目前全球投入GPS芯片開發(fā)的還是以國外廠商居多，如：SiRF、TI、Xemics、Freescale、STM等大廠均有推出GPS芯片，其中SiRF為全球最大GPS芯片廠商，產(chǎn)品線相當(dāng)完整，并能提供全系列的解決方案產(chǎn)品。本文將介紹多款目前GPS市場上較受到應(yīng)用的芯片，并針對其特性及架構(gòu)提供完整的產(chǎn)品分析。
SiRF：starII LP
SiRF starII LP是一款高靈敏度GPS芯片解決方案，強(qiáng)大GPS功能可使用的范圍包括：手持式設(shè)備產(chǎn)品、汽車、航海及AVL應(yīng)用，若搭配上高性能GPS軟件，便能使移動(dòng)性消費(fèi)者設(shè)備能長時(shí)間在任何地點(diǎn)持續(xù)使用。SiRF starII是目前采用全球最省電的芯片產(chǎn)品之一，可同時(shí)接收12顆衛(wèi)星，符合 NMEA 0183（v3.0）協(xié)定。
?。吞枺篠iRF starII LP
?。卸龋?159dBm
．特色：低耗電、高效能、符合NMEA 0183（3.0）
．尺寸：28mm×30mm×5mm
?。珳?zhǔn)度：Position：15～20m
?。ぷ?strong>電壓：3.0V
?。邮疹l道：12顆衛(wèi)星頻道
SiRF：starIII
擁有一個(gè)140支腳位的GPS訊號處理器，也包含一個(gè)50MHz ARM7TDMI處理器，可使 OEM廠商整合多種應(yīng)用功能。而GSC3f因整合了400萬位元的快閃存儲(chǔ)器，不再需其它的零組件，因此能簡化GPS接收器到電路板中的相關(guān)線路設(shè)計(jì)。
另外，SiRFstarIII也提供TTFF快速首次定位功能，并比SiRF減少占用約20％的硬件空間，也較上一代的SiRFstarII省電，除在車上導(dǎo)航、手持式設(shè)備的應(yīng)用外，其它特殊應(yīng)用，如：超小型行動(dòng)電話、電力受限的智能型裝置或數(shù)碼相機(jī)。
?。吞枺篠iRF starIII
．感度：-159dBm
?。厣菏‰?、簡化線路設(shè)計(jì)
?。叽纾?7.9mm×20mm×2.9mm
．精準(zhǔn)度：Position：10～20m
?。ぷ麟妷海?.3V
?。邮疹l道：20顆衛(wèi)星頻道
Sony：CXD2951
CXD2951以Sony先進(jìn)的RFCMOS閉塞信號處理方式設(shè)計(jì)，具有較高的敏感度，最小電力消費(fèi)和高性能。并以微型GPS模塊以腳印14×23×1.8mm，被動(dòng)天線集成GPS模塊，通過QS9000/TS16949等汽車驗(yàn)證新LSI配置是理想的為大范圍基于地點(diǎn)的應(yīng)用，如：汽車、手持式設(shè)備、航海、艦隊(duì)管理，和移動(dòng)式計(jì)算機(jī)處理技術(shù)設(shè)備。
?。吞枺篊XD2951
．感度：-152dBm
?。匦裕浩饎?dòng)反應(yīng)時(shí)間短、省電
?。叽纾?4mm×23mm×1.8mm
?。_度：Position：5～15m
?。ぷ麟妷海?.3V
．接收頻道：12顆衛(wèi)星頻道
Nemerix：NJ1006＋NJ1030
就當(dāng)今的技術(shù)水平來看，最成功的GPS接收器采用兩個(gè)芯片。盡管采用單芯片（單片電路）的產(chǎn)品也存在，但其性能卻無法與目前采用雙芯片的產(chǎn)品媲美。NemeriX充分利用SiGe（矽鍺）技術(shù)優(yōu)勢，并結(jié)合使用適用于雙晶粒解決方案的標(biāo)準(zhǔn)CMOS技術(shù)。在典型應(yīng)用中，接收器和處理器可結(jié)合專用系統(tǒng)軟件使用。
．型號：NJ1006（RF）＋NJ1030（Baseband）
．感度：-152dBm
?。厣旱碗s訊放大器、壓控振蕩器和天線檢測器
?。叽纾篘A
．精確度：Position：10～15m
?。ぷ麟妷海?.2V
．頻道：10顆衛(wèi)星頻道
U-Nav：uN9018
u-Nav推出低成本、高性能GPS接收機(jī)解決方案uN9018，其中包括uN1008 CMOS RF前端和高整合度的uN8130基頻處理器。該產(chǎn)品在持續(xù)GPS導(dǎo)航下功耗低于55mW，適用于低功耗、電池供電的可攜式無線應(yīng)用。
uN9018是一款具有多模GPS軟件的解決方案，其支持自動(dòng)、半自動(dòng)和Single Fix（A-GPS）模式，Single Fix模式下超越了行動(dòng)電話的3GPP2和3GPP標(biāo)準(zhǔn)，可同時(shí)接收GPS和行動(dòng)電話語音及資料訊號，具有一個(gè)片上頻率合成器支持多參考頻率，允許行動(dòng)電話或PDA制造商使用板上振蕩器，以節(jié)約成本和降低尺寸
?。吞枺簎N9018
?。卸龋?156dBm
．特色：接收行動(dòng)電話語音及資料訊號
?。叽纾篘A
?。_度：Position：10～20m
．工作電壓：2.2～5.5V
?。l道：8顆衛(wèi)星頻道
RFMD：RF8900
藍(lán)牙／GPS解決方案RF8900，該設(shè)計(jì)將藍(lán)芽通訊和GPS技術(shù)整合在一個(gè)完整的系統(tǒng)中。據(jù)稱此款產(chǎn)品與同類產(chǎn)品相較減少20％的尺寸，成本降低25％。RF8900是高整合度的系統(tǒng)解決方案，在整合藍(lán)芽無線技術(shù)和GPS導(dǎo)航技術(shù)的同時(shí)還具有極高的訊號靈敏度（-155dBm），其靈敏度較其它產(chǎn)品提高5dBm，因而使RF8900對GPS訊號的追蹤能力達(dá)到-155dBm，位置更新率達(dá)1秒。
這種高靈敏度使終端用戶能夠在任意位置進(jìn)行自身定位，包括各種室內(nèi)外GPS訊號微弱、衰減或受阻的區(qū)域（如樹木、高層建筑及山脈等環(huán)境）。這款獨(dú)特的解決方案還為用戶提供了一個(gè)參考設(shè)計(jì)，包括軟件、濾波、存儲(chǔ)器、參考頻率和天線等，用于一個(gè)完整藍(lán)芽GPS系統(tǒng)的全部配件。
．型號：RF8900
．感度：-155dBm
?。厣赫纤{(lán)芽通訊
?。叽纾?2mm×32mm×8.9mm
?。_度：Position：10～15m
?。ぷ麟妷海?.0V
．頻道：8顆衛(wèi)星頻道
Xemics：XE1202
XE1202發(fā)射接收器芯片，該芯片最大的特色就是「省電」，雖然同時(shí)只能接收8顆衛(wèi)星，但以汽車導(dǎo)航用途來說，全功能收發(fā)芯片在準(zhǔn)度上絕對沒有問題。其系列組為XE1202、XE1202HE1、XE1202LE1。
其功能如下：433／868／915MHZ三段國際ISM頻段覆蓋、高敏度-113dBm、低功耗、可滿足低功耗設(shè)備的要求、低工作電壓2.7V、FSK調(diào)制，最大發(fā)射功率+5dBm、具有更多的頻道，可編程頻率設(shè)置，特別滿足需要多通道工作的特殊場合、高集成度，極少的外圍元器件，基本無須調(diào)試、高速率傳輸速度76.8kbits、由于采用了低發(fā)射功率，高接收靈敏度的設(shè)計(jì)。
?。吞枺篨E1202
?。卸龋?143dBm
?。厣?33／868／915MHZ三段國際ISM頻段
?。叽纾?9mm×48mm×16mm
?。_度：Position：10～15m
?。ぷ麟妷海?.7～3.6V
?。l道：8顆衛(wèi)星頻道
旺玖科技：PL6313
旺玖科技推出GPS PL6313芯片組，提供 PDA、Tablet PC及Smart Phone等需要衛(wèi)星定位及追蹤功能的行動(dòng)運(yùn)算平臺一個(gè)高性能、低耗電及低附加成本的解決方案。
PL6313芯片組主要設(shè)計(jì)訴求為低耗電、小尺寸、并降低系統(tǒng)嵌入GPS功能之增加成本。嵌入運(yùn)算平臺時(shí)，直接利用原本即存在的運(yùn)算器及存儲(chǔ)器來完成GPS導(dǎo)航運(yùn)算，以達(dá)降低成本之功效?？勺饔迷谟跀X取追蹤GPS訊號，并產(chǎn)生初始量測值。
．型號：PL6313
?。卸龋?150dBm
．特色：低價(jià)格、本土廠商技術(shù)支持
?。叽纾?0mm×10mm×0.8mm
?。_度：Position：5～15m
?。ぷ?strong>電壓：3.3V
?。l道：12顆衛(wèi)星頻道
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